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渝冀闽2018_2019版高中化学专题1微观结构与物质的多样性第三单元从微观结构看物质的多样性第1课时同素异形现象同分异构现象学案苏教版必修2

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               第   1 课时 同素异形现象 同分异构现象


一、同素异形现象

1.同素异形现象和同素异形体

(1)同一种元素能够形成几种不同的单质的现象叫做同素异形现象。

(2)同一种元素可形成不同单质,这些单质互称为这种元素的同素异形体。

2.常见的同素异形体

(1)碳的同素异形体

                     金刚石                 石墨                     C60

   结构特点           空间网状结构               层状结构           封闭笼状分子,形似足球

                                  层内碳原子间以共
               每个碳原子与相邻
                                  价键结合成平面六
   成键特点        的  4 个碳原子以共                            60 个碳原子以共价键结合
                                  边形,层间以分子
               价键结合
                                  间作用力结合

 性质差异原因                      晶体中原子的成键方式和排列方式不同


(2)氧的同素异形体

                          O2                            O3

     性质区别            无色无味气体              淡蓝色气体,有鱼腥味,氧化性极强

     转化关系                            3O   放电     2O
                                       2 = = = = = 3
     差异原因                分子中氧原子的个数和氧原子的成键方式不同


(3)磷的同素异形体
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    物质          色态          毒性           稳定性                  保存

    白磷      白色蜡状固体         有剧毒           易自燃                  冷水中

    红磷       红棕色固体          无毒      加热或点燃可燃烧            直接存放在广口瓶中


                              对同素异形体的理解

(1)组成元素:只含有一种元素。

(2)物质类别:互为同素异形体的只能是单质。

(3)性质关系:同素异形体之间的物理性质有差异,但化学性质相似。

(4)相互转化:同素异形体之间的转化属于化学变化,因为转化过程中有化学键的断裂与形

成。

(5)同素异形体之间的转化既有单质参加,又有单质生成,但由于没有涉及化合价的变化,

一般认为这种转化属于非氧化还原反应。

 例 1  意大利罗马大学的        Fulvio Cacace 等人获得了极具理论研究意义的             N4 分子。N4  分子

结构如图所示,下列说法正确的是(  )


A.N4 属于一种新型化合物

B.N4 转化为   N2 属于物理变化

C.N4 的摩尔质量为      56

D.N4 与 N2 互为同素异形体

考点 同素异形现象

题点 同素异形体的相关综合

答案 D


解析 N4   是一种单质,与       N2 互为同素异形体,二者之间的转化属于化学变化,N4                    的摩尔质

量为   56 g·mol-1。

 例 2  下列关于碳元素的同素异形体的叙述正确的是(  )
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A.碳元素形成的各种单质称为碳元素的同素异形体

B.碳元素的同素异形体结构虽然不同,但性质差别不大

C.碳元素的同素异形体性质不同,其用途相同

D.碳元素的同素异形体只有金刚石、石墨和                   C60

考点 同素异形现象

题点 碳的同素异形体

答案 A

解析 碳元素形成的不同单质原子间的排列方式不同,物理性质差别较大,化学性质相似,

用途不同,如金刚石和石墨;金刚石、石墨和                    C60 只是三种主要的碳单质。

二、同分异构现象

1.同分异构现象和同分异构体

(1)化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象,称为同分异构现象。

(2)分子式相同而结构不同的化合物,互称为同分异构体。

(3)同分异构现象主要表现在有机化合物中。

2.实例

(1)正丁烷和异丁烷

           名称                    正丁烷                       异丁烷

          分子式                                  C4H10


              结构式


    分子
             结构简式              CH3CH2CH2CH3
    结构


             球棍模型


               结论                          分子结构不同

           沸点                   -0.5 ℃                   -11.7 ℃
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         差异分析           原子的连接方法不同,化学键的类型相同,物质类别相同


(2)乙醇和二甲醚

            名称                       乙醇                     二甲醚

           分子式                                    C2H6O


                  结构式
   分子结构

                   结论                         分子结构不同

                   沸点               78 ℃                    -23 ℃
     性质
                                 物理性质不同,化学性质不同


                             四角度认识同分异构体

(1)从物质看:互为同分异构体的物质只能是化合物。它们之间的转化属于化学变化,若共

存则为混合物。

(2)从分子式看:互为同分异构体的化合物,其分子式相同,相对分子质量也相同,但相对

分子质量相同的化合物分子式不一定相同,如甲酸(HCOOH)和乙醇(CH3CH2OH)的相对分子质

量均为   46。

(3)从结构看:互为同分异构体的化合物,空间结构不同。

(4)从性质看:互为同分异构体的化合物,物理性质不同,化学性质可能相似。

 例 3  下列关于同分异构体的叙述正确的是(  )

A.相对分子质量相同而结构不同的化合物互称为同分异构体

B.分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体

C.同分异构体之间由于分子组成相同,所以它们的性质相同

D.只有少数的有机物之间存在同分异构现象

考点 同分异构现象

题点 同分异构体的概念

答案 B
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解析 同分异构体是指分子式相同而结构不同的化合物,同分异构体之间分子式相同,则

相对分子质量相同,但相对分子质量相同的物质,分子式不一定相同,A                              项错误;同分异

构体的结构不同,性质也不同,C              项错误;有机物之间同分异构现象普遍存在,D                   项错误。

思维启迪

(1)两化合物互为同分异构体,则两化合物的相对分子质量及各元素的组成(含量)必然相同。


(2)相对分子质量相同的两化合物不一定互为同分异构体(如                       CO 和 C2H4 不互为同分异构体)

。

 例 4  下列各组物质中,属于同分异构体的是(  )

A.白磷和红磷

B.干冰和    CO2


C.                       和


D.                            和

考点 同分异构现象

题点 同分异构体的判断

答案 D

解析 A   项互为同素异形体;B         项是同一种物质的不同状态;C             项是同一种物质;D        项符合

同分异构体概念。


1.(2017·镇江高一检测)美国和墨西哥研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳(碳

的第五种单质形态)中,得到不同形状的纳米银微粒,该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒。

纳米泡沫碳与金刚石的关系是(  )
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A.同素异形体                                 B.同分异构体

C.同一种物质                                 D.同位素

考点 同素异形现象

题点 同素异形体的判断

答案 A

解析 纳米泡沫碳与金刚石都是碳的不同单质,二者属于同素异形体。

2.造成金刚石和石墨性质差异的主要原因是(  )

A.碳原子种类不同

B.同体积两种物质中碳原子个数不同

C.碳原子成键方式不同

D.物质状态不同

考点 同素异形现象

题点 碳的同素异形体

答案 C

3.下列各组物质中,两者互为同分异构体的是(  )

①CuSO4·5H2O  和 CuSO4·3H2O

②NH4CNO 与  CO(NH2)2

③CH3CH2OH 和 CH3—O—CH3

④12H2O 和13H2O

A.①②③  B.②③  C.①③④  D.②③④

考点 同分异构现象

题点 同分异构体的判断

答案 B


解析 分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。①中两种物质的分子式不同。

②③组中,两者的分子式相同,但结构不同,故两者互为同分异构体。④中水分子的结构

相同,不互为同分异构体。

4.下列关于同分异构体的说法错误的是(  )

①具有相同相对分子质量和不同结构的化合物互称为同分异构体

②互称为同分异构体的物质一定不是同种物质
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③同分异构体之间物理性质一定不同,化学性质一定相同

④同分异构体一定具有相同的相对分子质量

A.①②  B.②③  C.①③  D.②④

考点 同分异构现象

题点 同分异构体的概念

答案 C

解析 N2   与 CO 具有相同的相对分子质量和不同的结构,但不是同分异构体,①错误;同分

异构体之间的化学性质不一定相同(如乙醇与二甲醚),③错误。

5.下列物质中,互为同分异构体的有________;互为同素异形体的有____________;属于

同位素的有____________;属于同一种物质的有________。

①二氧化碳 ②金刚石 ③干冰 ④氢溴酸 ⑤溴水 ⑥液溴 ⑦12C ⑧石墨 ⑨14C


考点 “四同”的概念与判断

题点 “四同”的判断

答案 ⑪、⑫与⑩ ②和⑧ ⑦和⑨ ①和③、⑪和⑫

解析 烷烃中每个碳原子都形成空间的四面体结构。⑪⑫分别与⑩互为同分异构体;②和

⑧互为同素异形体;⑦和⑨属于同位素;①和③、⑪和⑫分别属于同一种物质。


                                  [对点训练]

题组一 同素异形体

1.白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却,可得钢灰色固体——黑磷,其转化过程如:白
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     1 215隔.9 绝M空Pa气,473 K
  ――――――――――→
磷     黑磷,黑磷性质稳定,结构与石墨相似。下列叙述正确的是(  )

A.黑磷与白磷互为同位素

B.黑磷能导电

C.白磷转化为黑磷是物理变化

D.黑磷能在空气中自燃

考点 同素异形现象

题点 磷的同素异形体

答案 B

解析 黑磷也是磷元素组成的单质,A                错误;类比石墨的导电性知            B 正确;白磷、黑磷是

不同的物质,C      错误;黑磷性质稳定,D          错误。

2.(2017·黄山高一检测)硫可以形成分子式为                 S2、S4、S6、S8 的单质,其中      S8 的分子结构

如图所示。下列有关说法正确的是(  )


A.S2、S4、S6、S8   互为同位素

                          -1
B.S2 的摩尔质量为      32 g·mol

C.硫的单质在足量的空气中完全燃烧可以生成                    SO3

D.1 mol S8 单质中含有的      S—S 键个数为     8NA

考点 同素异形现象

题点 硫单质的相关综合

答案 D

解析 S2、S4、S6、S8     都是由硫元素形成的单质,互为同素异形体,在空气中燃烧只能生成

                                                          -1
SO2,而不能生成      SO3,A 和 C 选项错误;S2    的摩尔质量为       64 g·mol   ,B 选项错误;由图

可知,1   个  S8 分子中含有    8 个 S—S 键,D   选项正确。

3.科学家们最近发现一种新分子,具有空心类似足球状的结构,其化学式为                                C70。下列说

法不正确的是(  )

A.C70 是一种化合物

B.它的相对分子质量为          840

C.它的化学性质和金刚石相似
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D.C70 和金刚石、石墨一样,都是由碳元素组成的单质

考点 同素异形现象

题点 碳的同素异形体的判断

答案 A

解析 依题意,C70      是一种分子,从其化学式可知,一个                C70 分子由  70 个碳原子构成,

C70 应是碳的单质,不属于化合物。

4.下列各项描述的判断正确的是(  )

              选项                     描述                    结论

                A      由同种元素组成的物质一定是纯净物                    正确

                B     科学家最近合成了一种新型的化合物                N4   正确

                C          红磷转化为白磷是物理变化                    错误

                D       纳米泡沫碳和金刚石是同素异形体                    错误


考点 同素异形现象

题点 同素异形体的相关综合

答案 C

解析 氧气和臭氧都是由氧元素组成的单质,它们的混合气体属于混合物,A                                错误;N4   只

含有一种元素,是一种新单质,不属于化合物,B                    错误;红磷和白磷属于同素异形体,同

素异形体之间的转化均是化学变化,C                正确;纳米泡沫碳和金刚石是由碳元素组成的不同

种单质,互为同素异形体,D            的结论错误。
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题组二 同分异构体


5.科学家发现铂的两种化合物             a 和 b,二者的结构式分别为                      和


                ,a 有抗癌作用,而       b 没有,二者的关系为(  )
A.同分异构体                                 B.同素异形体

C.同一种物质                                 D.同位素

考点 同分异构现象

题点 同分异构体的判断

答案 A

解析 a   有抗癌作用,而        b 没有,说明二者属于不同的物质,且二者分子式相同,结构不

同,故二者互为同分异构体;互为同素异形体的必须是单质,互为同位素的必须是质子数

相同,中子数不同的核素(如162C           与164C,1375Cl 与137Cl 等)。

6.互为同分异构体的物质一定不可能具有(  )

A.相同的分子式                                B.相同的结构

C.相似的化学性质                               D.相同的相对分子质量

考点 同分异构现象

题点 同分异构体的概念

答案 B

解析 互为同分异构体的物质的分子式相同,其相对分子质量也相同;互为同分异构体的

物质结构不同,但其化学性质可能相似。

7.下列判断中,正确的是(  )

A.CH3COONH4 与 H2N—CH2—COOH 是同分异构体

B.CH3CH2Cl 与 CH2ClCH3 是同分异构体

C.H2N—CH2—COOH   与 CH3—CH2NO2 是同分异构体


D.               与 CH3CHO 不是同分异构体

考点 同分异构现象
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题点 同分异构体的判断

答案 C

解析 分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体。

题组三 同素异形体、同分异构体的比较

8.在化学中,每种物质都有自己对应的化学式,但往往同一化学式,可能表示不同的物质。

下列化学式中,只表示一种纯净物的是(  )

A.C                                     B.CH4

C.C2H6O                                 D.C4H10

考点 同素异形体、同分异构体的比较

题点 由化学式判断同素异形体、同分异构体

答案 B

解析 A   可能是金刚石、石墨,C          可能是乙醇、二甲醚,D          可能是正丁烷、异丁烷。所以符

合题意的只有      B 项。

9.(2018·浙江舟山月考)下列各组物质既不属于同位素,也不属于同素异形体的是(  )

A.16O 和 18O

B.H2O 和  H2O2

C.O2 和 O3

D.金刚石、石墨和富勒烯(C60)

考点 同素异形体、同分异构体的判断

题点 “四同”的概念与判断

答案 B

解析 16O   和 18O 质子数相同,中子数不同,故互为同位素,故                  A 错误;水和双氧水是由氧

元素和氢元素形成的不同化合物,既不属于同位素,也不属于同素异形体,故                                 B 正确;

O2 和 O3 都是由氧元素形成的不同单质,故互为同素异形体,故                      C 错误;金刚石、石墨和富

勒烯(C60)都是由碳元素形成的不同单质,故互为同素异形体,故                        D 错误。

10.现代无机化学对硫—氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。(SN)n                         是迄今唯一已知的

具有超导性质的链状无机高分子。有关如右图所示的硫氮化合物的分子结构的说法中,正

确的是(  )
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A.该物质的分子式为         SN

B.该物质与化合物        S2N2 互为同分异构体

C.该物质是电的良导体

D.1 mol 该分子中含有的共价键数目为             8×6.02×1023

考点 同素异形体、同分异构体的判断

题点 相关知识的综合

答案 C

11.下列说法正确的是(  )

A.互为同素异形体的物质的性质完全相同

B.互为同素异形体的物质之间不可能相互转化

C.氧气和臭氧之间的转化是物理变化

D.分子式为     C2H6O 的物质有两种同分异构体

考点 同素异形体、同分异构体的判断

题点 相关知识的综合

答案 D

解析 互为同素异形体的物质物理性质不同,化学性质相似,A                          项错误;互为同素异形体

的物质之间可以通过化学反应相互转化,B                  项错误;O2   和  O3 之间的转化是化学变化,C          项

错误。

12.2018 年  1 月复旦大学魏大程团队在石墨烯量子点研究领域取得重要进展。该项研究在

未来光学和光电器件方面具有巨大潜力。下面有关碳的叙述正确的是(  )

A.石墨与    C60 互为同位素

B.13C 与 14C 是两种不同的原子

C.金刚石是碳元素的一种核素

D.14C 的原子核内有      2 个中子

答案 B

解析 石墨与      C60 均是碳元素形成的单质,二者互为同素异形体,同位素是指质子数相同、
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中子数不同的同一种元素的不同核素,A                 错误;13C  与  14C 的质子数相同、中子数不同,是

两种不同的原子,且互为同位素,B               正确;金刚石是单质,不是碳元素的一种核素,C                    错误;

14C 的原子核内中子数=14-6=8,D           错误。

                                  [综合强化]

13.(2018·台州月考)氧的单质在环境、生命活动、生产、科研等方面有重要作用。

(1)氟利昂在紫外线的作用下能产生氯原子,氯原子对臭氧层有破坏作用。氯原子对臭氧层

的破坏作用可用如下过程表示:Cl+O               ―→ClO+O   、O   光照  O +O、ClO+O―→O     +Cl。
                                3         2   3――→   2               2
这一过程的总反应方程式是________________________。根据总反应方程式,可知氯原子

在反应中的作用是________________________。

(2)意大利科学家使用普通氧分子和带正电的氧离子制出了新型的氧分子                             O4,它可能具有

与  S4 相似的长方形结构。O4       的摩尔质量为________;相同质量的            O2、O3、O4 的分子数之比

为__________,原子数之比为__________;下列有关            O4 的说法不正确的是________(填字

母)。

A.题述中生成      O4 的反应不属于化学变化

B.O4 与 O3、O2 都是氧的同素异形体

C.O4 可能具有很强的氧化性

考点 同素异形现象

题点 相关知识的综合
            光C照l
            ――→
                                       -1
答案 (1)2O3      3O2 催化剂 (2)64 g·mol

6∶4∶3 1∶1∶1 A
                                            光C照l
                                           ――→
解析 (1)将三个方程式相加得总反应方程式:2O3                     3O2,可见氯原子在反应前后质量和

性质都没有改变,是催化剂。(2)由              O2 制备 O4,有化学键的断裂和形成,发生的是化学变

化。

14.硫通常是一种淡黄色晶体。有橙色、无色、红棕色三种颜色的硫蒸气,它们都是硫的

单质,但每个分子中硫原子的个数不同,可用                    Sx 表示。对三种蒸气测定结果是:

(1)橙色蒸气密度折算到标准状况后是 11.34 g·L-1,则它的化学式是________。

(2)红棕色蒸气的质量是相同状况下同体积空气的                   6.62 倍,则它的化学式是________。

(3)无色蒸气对氢气的相对密度是             64,则它的化学式是______________。此事实说明硫有

________________。
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考点 同素异形现象

题点 硫的同素异形体的化学式的确定

答案 (1)S8 (2)S6 (3)S4 多种同素异形体

解析 由题意知:(1)中硫蒸气的相对分子质量为                   11.34×22.4≈254,其单质的分子式为

S8。(2)中硫蒸气的相对分子质量为            29×6.62≈192,其单质的分子式为           S6。(3)中硫蒸气

的相对分子质量为        64×2=128,其单质的分子式为           S4。综上分析,可知硫元素有多种同素

异形体。

15.有下列几组物质:


①162C 与163C ②石墨与富勒烯 ③硝基丙烷(CH3CH2CH2NO2)与丙氨酸(                                 ) 


④CH3CH2CH2CH3 和                ⑤天然气的主要成分与沼气的主要成分 ⑥HF                   与  HCl

对各组物质的性质异同点进行分析,请用数字序号回答下列问题:

(1)互为同素异形体的是______________________。

(2)互为同分异构体的是______________________。

(3)互为同位素的是______________________。

(4)属于同一化合物的是______________________。

考点 同素异形体、同分异构体的比较

题点 四同的比较与判断

答案 (1)② (2)③④ (3)① (4)⑤

解析 162C  与163C 的质子数相同,而中子数不同,是碳元素的两种核素,互称为同位素;石

墨与富勒烯都是由碳元素形成的不同单质,都属于碳元素的同素异形体;硝基丙烷与丙氨


酸的分子式都为       C3H7NO2,CH3CH2CH2CH3 和               的分子式都为      C4H10,但是结构

不同,所以分别互为同分异构体;天然气与沼气的主要成分都是                           CH4,属于同一种物质;

HF 和 HCl 属于不同的分子。
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